L organisme en fonctionnement

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1 L organisme en fonctionnement I. Adaptation de l organisme à l activité sportive : TP sport-1 RAPPELS L activité physique se caractérise par la mise en jeu de muscles squelettiques qui se contractent entraînant des mouvements ou des postures. La contraction musculaire : Résulte de l arrivée dans le muscle d un message nerveux. Aboutit à un raccourcissement de la longueur du muscle. Nécessite l utilisation par les cellules musculaires d une certaine quantité d énergie. Entraîne une augmentation des rythmes cardiaque et respiratoire. Rôle du cœur : mettre en mouvement le sang. Rôle des poumons : ventiler et échanger des gaz entre l air et le sang Rôle du sang : transporter des gaz dissouts et des molécules entre les organes. 1 ) Travail musculaire et dépense énergétique : INFO : L énergie utilisée par les muscles provient pour l essentiel de l oxydation du glucose. Le métabolisme décrit ici correspond à la respiration cellulaire. Schéma : SANG Message nerveux Glucose CONTRACTION Energie RESPIRATION Chaleur H 2 O O 2 CO 2 MUSCLE Le dioxygène provient des échanges gazeux au niveau des poumons (= ventilation pulmonaire). Le glucose provient de la dégradation des aliments au niveau des intestins (= digestion). 2 ) Modifications physiologiques au cours d un effort : Au cours d un exercice physique, le muscle a plus besoin d énergie : il augmente sa consommation en dioxygène et en nutriments. En conséquence on observe une modification des paramètres cardiaques et ventilatoires. a- Les paramètres cardiaques : Le pouls correspond à la déformation de la paroi des artères consécutivement à l éjection de sang hors du cœur lors d un battement. Appendre à sentir son pouls sur le poignet ou dans le cou. Remarque : l activité cardiaque peut être mesurée en enregistrant à l aide d électrodes l activité électrique générée par la contraction du muscle cardiaque (électrocardiogramme) en captant le pouls avec un appareil (cardio-fréquence-mètre) ou en écoutant les «bruits du cœur» (avec un stéthoscope). Mesures de la fréquence cardiaque (nombre de battements pendant une minute = rythme cardiaque) au repos puis au cours d un effort : Graphe montrant la variation du rythme cardiaque en fonction de l activité.

2 Lors d un effort on observe : - un accroissement du nombre de battements par minute (=rythme ou fréquence cardiaque); - un accroissement du volume de sang pompé par le cœur à chaque battement (=volume d éjection systolique) Le résultat est une augmentation du débit cardiaque ce qui permet une circulation du sang plus rapide, donc une distribution plus rapide de l oxygène et le glucose aux muscles. b- Les paramètres ventilatoires : La capacité ventilatoire : Spirométrie = ce sont les volumes d air que l on peut ventiler selon l individu. Le volume courant correspond au volume d air utilisé au repos. Les volumes de réserve permettent d augmenter le volume d air ventilé, donc d augmenter les échanges gazeux. Variation du rythme ventilatoire = Spirographie = Montre la variation de la fréquence (rythme) ventilatoire et la variation de l amplitude de l air ventilé selon l activité. Volume de réserve inspiratoire Volume courant Volume de réserve expiratoire Air résiduel Capacité vitale Capacité totale Au repos En exercice Volume utilisé en un mouvement V1= 1,3 l V2= 2,8 l Nombre de mouvements en 10 s N1= 3,7 cycles N2= 5 cycles Volume total utilisé en 10 s V1*N1= 4,81 l V2*N2=14 l N1 N2 Inspiration Expiration V2 V1 Repos Lors d un effort on observe : - Un accroissement des volumes d air expirés et inspirés (= augmentation de l amplitude du volume d air ventilé) - Une augmentation du nombre de mouvements respiratoires par unité de temps (=rythme ou fréquence ventilatoire) Le résultat est une augmentation du débit ventilatoire ce qui permet d augmenter les échanges gazeux entre l air et le sang et donc de faire entrer davantage d oxygène.

3 3 ) Approvisionnement des cellules musculaires au cours d un effort : TP sport-2 a- Besoins en dioxygène : Selon les besoins, le dioxygène est donc plus ou moins prélevé dans l air au niveau des poumons. Pour chaque individu, l intensité respiratoire (volume de dioxygène consommé par unité de temps) est limitée par la quantité maximale de dioxygène qu il peut prélever et utiliser par unité de temps appelée VO2 max. Le VO 2 max dépend du débit ventilatoire, et du débit cardiaque. Ainsi, l augmentation du débit ventilatoire permet de faire passer davantage de dioxygène dans le sang ; l augmentation du débit cardiaque permet de faire parvenir plus rapidement le dioxygène aux muscles. L entraînement permet d augmenter le VO 2 max. Sports nécessitant des efforts brefs et violents Sports nécessitant des efforts prolongés et moins intenses Les sports d endurance demandent un VO 2 max élevé car l effort étant prolongé, la fourniture en oxygène au muscle doit se faire en continu. b- Besoins en glucose : Les apports en glucose se faisant par la digestion, ils sont irréguliers. L organisme doit stocker le glucose soluble sous une forme insoluble. Ce stockage se fait au niveau du foie et des muscles sous forme de glycogène. Le glycogène est une molécule composée de glucose (= polymère) Le glucose peut se transformer en glycogène (ou inversement) par une réaction chimique qui nécessite l intervention d enzymes : n glucose glycogène Etat sportif VO 2 max. (L/min) Non entraînés 3,1 Sauteur en hauteur, perchistes 3,8 Cyclistes 5,6 Sprinters, gymnastes 3,9 Marcheurs 5,5 Coureurs de fond (marathon) 6,3 Coureurs de demi-fond (5000 m) 5,6 Lanceurs de poids ou de disque 3,6 Avant un effort, le glucose issu de la digestion est transformé en glycogène par les enzymes des cellules musculaires et hépatiques. Lors d un effort, un muscle devra adopter une stratégie lui permettant de s alimenter en glucose : - En début d effort, le muscle utilise le glucose sanguin et commence la transformation du glycogène en glucose (cette réaction prend quelques minutes) Si l apport en dioxygène est insuffisant, le muscle réalise une fermentation (production d acide lactique) - Si l effort se prolonge, l augmentation des débits cardiaques et ventilatoires permettent l apport en dioxygène et en glucose provenant de la transformation du glycogène du foie. Un VO 2 max important est alors nécessaire pour permettre des efforts prolongés et intenses. - Après l effort, une période de récupération est nécessaire pour remettre en état les stocks de glycogène musculaires et hépatiques.

4 4 ) Le cœur et la circulation sanguine : Fiche sport-3 a- Organisation du cœur : Le cœur est un muscle creux constitué de deux parties, cœur droit et cœur gauche, séparées par une cloison et à l'intérieur desquelles circule le sang. Chacune des parties renferme deux cavités : une oreillette et un ventricule. b- Fonctionnement du coeur : Le sang entre dans le cœur au niveau des oreillettes par des veines (parois fines = peu de pression) Il passe dans les ventricules puis sort du cœur par des artères (parois épaisses = forte pression) Le sens de la circulation à l'intérieur du cœur est imposé par les valvules. Les valvules auriculo-ventriculaires entre les oreillettes et les ventricules empêchent le reflux du sang dans les oreillettes au moment de la contraction ventriculaire; Les valvules ventriculo-artérielles (=valvules sigmoïdes) entre les ventricules et les artères empêchent le reflux du sang dans les ventricules au moment du relâchement du muscle cardiaque. Cycle cardiaque : succession de contractions (systoles) et d une période de repos (diastole) La systole auriculaire (appelée aussi la systole des oreillettes) correspond à la contraction des muscles des oreillettes : les valvules auriculoventriculaires s ouvrent, et les ventricules se remplissent se sang. La systole ventriculaire : les valvules auriculo-ventriculaires se ferment (empêchant ainsi le sang de retourner en arrière) ; ce phénomène est du à une augmentation considérable de la pression ; cette fermeture provoque un premier bruit «poum». En même temps, les valvules sigmoïdes (qui se situent à l entrée des artères) s ouvrent permettant au sang de couler dans l artère aorte (ventricule gauche) et dans l artère pulmonaire (ventricule droit). La diastole correspond au repos du cœur. C est la période de la révolution cardiaque durant laquelle les oreillettes et les ventricules ne se contractent pas. Les oreillettes se dilatent et se remplissent de sang. Le relâchement des ventricules provoque la fermeture des valvules sigmoïdes empêchant le sang de revenir dans les ventricules ; cette fermeture provoque un second bruit «pap». Pendant la diastole, le muscle cardiaque s oxygène grâce aux artères coronaires. On pourra noter que le temps de la diastole est environ 2,5 fois plus long que celui de la systole.

5 c- Circulation sanguine : Le cœur correspond à 2 pompes desservant chacune un circuit distinct (comme un montage en série) Le cœur droit est la pompe de la circulation pulmonaire. Le sang peu oxygéné provenant de l'ensemble des organes arrive dans l'oreillette droite par les veines caves, passe dans le ventricule droit puis dans les artères pulmonaires pour se rendre aux poumons. Le cœur gauche est la pompe de la circulation générale. Le sang riche en dioxygène provenant des poumons arrive dans l'oreillette gauche par les veines pulmonaires, passe dans le ventricule gauche puis dans l'artère aorte pour se rendre dans tout l'organisme. Le volume de sang qui passe par la circulation pulmonaire (=Vp) est égal au volume de sang passant par la circulation générale (=Vg) Donc Vp=Vg. Mais étant donné que le circuit du sang dans la circulation générale est beaucoup plus long et ramifié (comme dans un circuit en dérivation) la vitesse du sang dans la circulation pulmonaire sera plus rapide que dans la circulation générale. d- Distribution du sang dans les organes : Fiche sport-4 Au cours d un effort le débit cardiaque augmente par augmentation de la fréquence cardiaque et du volume d éjection systolique. Mais le débit n est pas le même selon les organes. Certains organes comme les muscles et la peau nécessitent plus d apports donc un débit sanguin important pendant un effort. D autres comme les reins ou les intestins peuvent temporairement être moins irrigués. Le cerveau lui nécessite des apports constants quelque soit l activité. Légendes = les flèches de couleurs indiquent la nature des débits sanguins traversant les organes au cours d un effort : Flèches bleues pour les débits constants. Flèches rouges pour les débits croissants. Flèches vertes pour les débits décroissants. e- Mécanismes de la variation de débit sanguin : Les variations de débit sanguins dans les organes sont réalisées par deux mécanismes = La variation du diamètre des artères apportant le sang aux organes. La contraction des muscles de la paroi des artères provoque la diminution du diamètre de l artère et donc la baisse du débit. Adventice Média (cellules musculaires) Intima Lumière de l artère (passage du sang) Etat 1 = contracté Etat 2 = relâché

6 Augmentation du débit Baisse du débit Augmentation du débit La variation de l irrigation capillaire est modulée par la contraction de sphincters capillaires empêchant le sang de passer dans certaines parties du réseau capillaire, diminuant ainsi le débit sanguin dans l organe. Dans les deux cas on notera que l état relâché du système correspond à un débit maximal Schéma bilan des adaptations de l organisme à l effort. Veines pulmonaires Air avec O 2 Air appauvri en O 2 Débit cardiaque Débit Ventilatoire Inspiration Expiration Artères pulmonaires Veine cave inférieure Augmentation Diminution II. Contrôle des activités cardiaque et ventilatoire : Fiche sport-5 1 ) L automatisme cardiaque : Le cœur se contracte automatiquement de façon rythmique en dehors de toute stimulation extérieure. Ces contractions sont provoquées par des cellules formant un tissu nodal (nœud) situé dans le muscle des oreillettes et des ventricules. Le rythme cardiaque dans ce cas est d environ 100 battements minute. 2 ) Contrôle nerveux du coeur : Des voies nerveuses partant du bulbe rachidien règlent la fréquence et l amplitude des contractions cardiaques : Un centre cardio-modérateur provoque par l intermédiaire du nerf parasympathique la diminution de l activité cardiaque. Un centre cardio-accélérateur provoque par l intermédiaire du nerf sympathique l augmentation de l activité cardiaque. Le cerveau agit directement sur les centres du bulbe et peut donc modifier l activité cardiaque (souvent en relation avec l émotionnel ) Schéma bilan du contrôle nerveux de l activité du cœur. 3 ) Contrôle de l activité des muscles ventilatoires :

7 Fiche sport-6 Un automatisme ventilatoire existe. Il est provoqué par l activité d un centre nerveux respiratoire situé dans le bulbe rachidien. Seule l inspiration est provoquée par une activité musculaire, elle est le résultat de la contraction des muscles intercostaux et du diaphragme (=muscle splénique). Le message provenant du bulbe sera transmis par la moëlle épinière puis par les nerfs intercostaux et par le nerf splénique. Le cerveau peut, soit volontairement soit inconsciemment, modifier dans une certaine mesure l activité des muscles ventilatoires. Schéma bilan du contrôle nerveux lors d une modification d activité L adaptation à l effort résulte donc de la mise en jeu de nombreux systèmes de régulation permettant un fonctionnement harmonieux de l ensemble des organes en toute circonstance qu on appelle l homéostasie.

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